1、试论水闸混凝土老化和钢筋锈蚀检测摘 要：目前的水闸除险加固仍然只对出现问题的部位进行修补或拆除，且加固时没有采取相应的钢筋腐蚀监测措施。建议对于新建水闸考虑设置混凝土老化的监控系统，以便结构在破坏之前就能够得到有效修复。 关键词： 水闸；混凝土老化；特征 K 值法；钢筋锈蚀监测 中图分类号： TV66 文献标识码： A 文章编号： 1 安徽省水闸混凝土老化情况调查 对安徽省的水闸混凝土老化病害情况进行了调查，以下列举几个典型的案例。 1.1 太和县原墙节制闸 该闸于 1976 年 12 月开工，于 1979 年 6 月竣工，共 16 孔，单孔净宽 5 m，钢筋混凝土开敞式结构。闸底板按深浅布置
2、，为钢筋混凝土平底板，浅孔闸（边孔）底板高程 27.50 m，中间 14 孔为深孔闸，底板高程 25.50 m。深孔两孔一联，在闸墩处分缝，中墩厚 100 cm，缝墩厚 130 cm，闸室长 15.50 m，总宽 86.10 m，底板厚 100 cm。边孔底板为空箱式结构，箱体内填土夯实。深孔闸门分上下两扇，均为钢筋混凝土板梁式结构。从闸墩顶 33.62m 向上为双排架结构，工作桥大梁由钢筋混凝土预制构件拼装而成。公路桥为钢筋混凝土预制板梁式结构。（1）工作桥大梁存在长短不一的钢筋外露 330 多处，累计外露长度达 1 150 cm，锈蚀后截面损失率最大约 15%。出现这种现象主要有两个方面：
3、一是施工时留下蜂窝、孔洞和露筋，一直没有得到修补；二是有较多的部位混凝土保护层太薄，混凝土碳化剥落后引起露筋。 （2）工作桥排架轻微露石，且有较多的锈胀缝，内部钢筋已轻微锈蚀。 （3）工作便桥为板梁式结构，桥面宽 1.1 m，板厚 25 cm。工作便桥桥面板局部混凝土脱落，钢筋外露，钢筋锈蚀截面损失率约 10%。便桥栏杆有少量钢筋外露锈蚀。 （4）闸墩为混凝土结构，墩厚 100 cm，缝墩厚 130 cm，其混凝土外观较好。经取芯观察，施工缝处混凝土表层约 1015 cm 胶结质量较差，内部胶结质量较好。 （5）公路桥边梁钢筋外露累计长约 1 000 cm，其截面损失率最大约 20%。另有较多
4、的主筋锈胀缝，其内部钢筋已轻微锈蚀，局部锈蚀严重。 1.2 巢湖市兆河闸 该闸建于 1957 年，为钢筋混凝土结构，底板高程 6.0 m，水闸共 3 孔，每孔净宽 9.3m，闸室长 20.00m。中孔敞顶，可以通航，边孔设有胸墙，胸墙底高程 10.5 m，左右堤顶高程 17.5 m，上游引河底高程 6.0 m，下游引河底高程 5.9 m，闸门系钢闸门。 （1）机架桥大梁普遍露筋，达 31 处，累计露筋长度 1150cm，钢筋锈蚀后截面损失率约 10%20%，且混凝土普遍露石，局部深达 58 mm。 （2）机架桥支墩横梁底主筋锈蚀严重，出现缝宽 2.03.0 mm 的锈胀缝，累计长约 610 c
5、m，钢筋锈蚀后最大截面损失率约 15%20%。 （3）工作便桥共有 7 处主筋锈胀缝，累计长度约 380 cm，最大缝宽约 1.5 mm。混凝土内部钢筋锈蚀后截面损失率约 15%。 （4）边墩为浆砌块石结构，外观质量较好，2#、3#中墩为混凝土结构，除施工缝外部约 1011 cm 混凝土胶结质量较差外，内部混凝土胶结质量较好。门槽混凝土存在脱落现象，局部钢筋外露。 （5）胸墙混凝土普遍露石，局部存在钢筋锈胀缝，起壳脱落。 1.3 砀山县殷庄闸 该闸于 1977 年 5 月开工建设，1978 年 5 月竣工。闸室结构为开敞式宽顶堰型。闸室长度 12.4 m，闸身总宽 32.5m。共五孔，单孔净宽
6、 5.6 m。底板高程 36.2 m，底流式衔接消能。钢筋混凝土双曲扁壳闸门，门高 4.6 m，门宽 5.6 m。手摇电动两用单吊点卷扬式启闭机五台，每台启闭力 15 t。 （1）工作桥梁制作质量差，混凝土老化严重，钢筋锈蚀导致混凝土出现锈胀裂缝和混凝土脱落。翼缘板和加劲肋板本身设计厚度较小，加上混凝土密实性差，老化尤其严重。 （2）工作桥排架柱为钢筋混凝土圆柱，直径 70 cm。排架柱施工粗糙，观感质量差。0#排架上游侧柱根部混凝土有蜂窝缺陷，面积约 80 cm20 cm。排架横梁顶部普遍存在混凝土脱落、钢筋外露锈蚀现象。 （3）闸门混凝土剥落，露筋严重。其中主筋约有 32 处外露，累计长度
7、约 845 cm；箍筋外露累计长 2 500 cm。 （4）闸墩外观总体较好。1#墩顶有 1 条钢筋锈胀裂缝，钢筋外露80 cm。2#墩左侧门槽 4 根主筋外露，分别长 70、80、70、50 cm。 （5）交通桥为三铰圆弧拱桥，共有 9 片拱圈，闸墩顶上方为小拱圈，共 9 片。目前小拱圈在跨中均出现裂缝，靠近左岸的较轻微，越往右岸开裂越严重。第二孔上游侧主拱肋底部有 1 条锈胀裂缝，其中 60 cm 长混凝土已脱落，钢筋外露；第三孔主肋有通长的锈胀裂缝，其中 2 段混凝土保护层已脱落，钢筋外露，分别长 100、80 cm。 2 混凝土老化和钢筋腐蚀检测 2.1 混凝土老化 水工混凝土建筑物老
8、化、病害从现象上看主要有裂缝、渗漏、剥蚀等三种。裂缝主要是由荷载、温度、干缩、地基变形、钢筋锈蚀、碱骨料反应、地基冻胀、混凝土质量差、水泥水化温升等原因引起；渗漏主要是由混凝土密实性差、裂缝、伸缩缝止水失效等原因引起的；剥蚀主要是由冻融、冲磨气蚀、钢筋锈蚀、化学侵蚀、碱骨料反应及低强风化等原因导致的。而混凝土老化在通常意义上则是指暴露在空气中的混凝土受日晒、风吹、雨淋、CO2 侵蚀和冻融等自然因素，混凝土由表及里、由碱性变中性且逐渐剥落的过程。非沿海地区的水工混凝土典型的老化形式即混凝土碳化，并由此引起钢筋锈蚀，最终导致结构破坏，如图所示。 2.2 钢筋锈蚀检测由上述所述可知，存在于大气中的
9、CO2 在湿度相宜的情况下可与水化的水泥矿物发生反应（实质上介质是碳酸） ，生成 CaCO3，即混凝土碳化的过程，混凝土逐渐由碱性转化成中性。在正常情况下混凝土孔隙水为水泥水化时析出的 Ca（OH）2 和少量钾、钠氢氧化合物所饱和而呈强碱性，其 pH 值在 11 以上。钢筋在这种介质中表面会形成一层钝化膜，能有效抑制钢筋锈蚀。而当混凝土碳化后，混凝土中 pH 值降至 9 以下时，保护钢筋的钝化膜处于活化状态，在氧和水的作用下钢筋便产生电化学腐蚀。因此可以采用特征 K 值法检测混凝土内部钢筋锈蚀情况。现场检测时，还采用半电池电位法进行对比测试，同时凿开混凝土保护层直观检查混凝土内部钢筋锈蚀情况。
10、 3 结语 （1）从老化的直观检查结果看，安徽省水闸混凝土老化以混凝土剥落、钢筋锈胀缝、混凝土表面露石为主，偶见混凝土冻融剥落。严重的老化现象常出现在工作桥梁、工作便桥梁、公路桥梁、混凝土闸门等截面较小的结构上，尤其以边梁或该类构件的翼缘板最为明显。排架柱的柱角及闸墩门槽部位也常出现钢筋锈胀缝。截面相对较大的闸墩混凝土碳化深度虽然也较深，但钢筋并未锈蚀。事实上，闸墩中的钢筋以分布筋的形式配置，工作桥梁等构件的钢筋是经计算配置的受力钢筋。因此，这样的老化结果不是我们所能接受的，也是今后研究加以改善的重点。 （2）通过氯离子含量、水质分析等相关的检验，表明安徽省水闸混凝土老化、钢筋锈蚀主要由混凝土
11、碳化引起，与氯离子侵蚀及化学侵蚀关系较小。混凝土设计强度等级过低、密实性差、防护不力是混凝土过早老化、钢筋锈蚀的根本原因。 （3）近年来，安徽省积极筹措资金对蚌埠闸、王家坝闸等十几座大中型水闸进行了除险加固，其中闸室混凝土结构裂缝、碳化、渗水常用的加固处理方法为外包混凝土法及表层喷抹浆法。 参考文献： 1 SL 2141998，水闸安全鉴定规定S.北京：中国水利水电出版社，1998. 2 王宝树，张林，李莉.安徽省水闸病险成因及主要加固技术J.安徽水利科技，2005（5）：13-14. 3 刘远，余学芳，韦未.水工混凝土耐久性评价体系研究J.人民黄河，2009，31（12）：94-96. 4 黄玉平.安徽省大中型病险水闸存在问题与加固方案浅析J.治淮，2009（9）：14-15.
